高三《物质结构与性质》专题过关检测卷(含答案及解析)

《物质结构与性质》专题过关检测卷

班级姓名得分

非选择题(100分)

1. (12分)(2019·广州3月)磷能形成众多单质与化合物。回答下列问题:

(1)磷在成键时,能将一个3s电子激发进入3d能级而参加成键,写出该激发态原子的核外电子排布式。

(2)黑磷是一种二维材料,其中一层的结构如图1所示。

图1单层黑磷的结构

图24-甲氧基重氮苯四氟硼酸盐

①黑磷中P原子的杂化方式为。每一层内P形成六元环彼此相接,平均每个空间六元环中含有的磷原子是个。

②用4-甲氧基重氮苯四氟硼酸盐(如图2)处理黑磷纳米材料,可以保护和控制其性质。该盐的构成元素中C、N、O、F的电负性由大到小顺序为,1 mol该盐阳离子含有的σ键的数目为,该盐阴离子的几何构型是。

(3)磷钇矿可提取稀土元素钇(Y,原子量为89),某磷钇矿的结构如右图:该磷钇矿的化学式

为,与P互为等电子体的阴离子有(写出两种离

子的化学式)。已知晶胞参数a=0.69 nm,c=0.60 nm,阿伏加德罗常数为N A,则该磷钇矿的密度为g·cm-3(列出计算式)。

2. (12分)(2020·广东六校联考改编)2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古德伊纳夫、斯坦利·惠廷厄姆和吉野彰三位科学家,以表彰他们在锂电池领域所做出的巨大贡献。请回答下列问题: (1)LiCoO2、LiFePO4常用作锂离子电池的正极材料。基态Co原子核外电子排布式为,基态磷原子中,电子占据的最高能层符号为;该能层能量最高的电子云在空间有个伸展方向,原子轨道呈形。

(2)[Co(N)4]2-中Co2+配位数为4,配体中N的杂化方式为,该配离子中各元素的

第一电离能由小到大的顺序为(填元素符号),1 mol该配离子中含σ键数目为N A。

(3) LiFePO4属于简单磷酸盐,而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐,如:焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示:

这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为(用n代表P原子数)。

(4)Na和O形成的离子化合物的晶胞结构如图所示,晶胞中O的配位数为,该晶胞的密度为ρ g/cm3,阿伏加德罗常数的值为N A,则Na与O之间的最短距离为cm(用含ρ、N A的代数式表示)。

3. (12分)(2019·安徽合肥三调)含硼、氮、磷的化合物有许多重要用途,如:(CH3)3N、Cu3P、磷化硼等。回答下列问题:

(1)基态B原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为;基态Cu+的核外电子排布式为。

(2)化合物(CH3)3N分子中N原子杂化方式为,该物质能溶于水的原因是。

(3) PH3分子的键角小于NH3分子的原因是;

图1图2

亚磷酸(H3PO3)是磷元素的一种含氧酸,与NaOH反应只生成NaH2PO3和Na2HPO3两种盐,则H3PO3分子的结构式为。

(4)磷化硼是一种耐磨涂料,它可用作金属的表面保护层。磷化硼晶体晶胞如图1所示:

①一个晶胞中磷原子的配位数为。

②已知磷化硼晶体的密度为ρ g/cm3,阿伏加德罗常数为N A,则B—P键长为pm。

③磷化硼晶胞沿着体对角线方向的投影如图2,请将表示B原子的圆圈涂黑。

4. (12分)(2019·广东深圳二模)铜及其化合物在科研和生产中具有广泛用途。回答下列问题: (1)基态Cu原子的价电子排布图是。

图①图②

(2)从核外电子排布角度解释高温下Cu2O比CuO更稳定的原因是。

(3)铜晶体中Cu原子的堆积方式如图①所示,其堆积方式为,配位数为。

(4) NH3中N原子的杂化方式是;C、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序是(用元素符号表示);S的空间构型是,与该阴离子互为等电子

体的五核微粒有(任写二种)。

(5)由铜、钡、钙及铊的氧化物可以制得高温超导体,CaO的熔点比BaO的熔点高,其原因是。

(6)金铜合金的晶胞如图②所示。金铜合金具有储氢功能,储氢后Au原子(原子量为197)位于顶点,Cu原子位于面心,H原子填充在由1个Au原子和距Au原子最近的3个Cu原子构成的四面体空隙中,若Cu原子与Au原子的最短距离为a nm,阿伏加德罗常数的值为N A,则该晶体储氢后密度为g·cm-3(列出计算式)。

5. (12分)(2019·福建厦门一模)钴及其化合物在生产生活中有广泛应用。回答下列问题:

(1)基态钴原子价电子排布式为。

(2) Co3+在水中易被还原成Co2+,而在氨水中可稳定存在,其原因为。

(3)[Co(N)4]2-中Co2+的配位数为8,配体中N的杂化方式为,该配离子中各元素

I1由小到大的顺序为(填元素符号),1 mol该配离子中含σ键数目为N A。

(4)配合物Co2(CO)8的结构如右图,该配合物中存在的作用力类型有(填标号)。

A. 金属键

B. 离子键

C. 共价键

D. 配位键

E. 氢键

F. 范德华力

(5)钴蓝晶体结构如下图,该立方晶胞由4个Ⅰ型和4个Ⅱ型小立方体构成,其化学式为,晶体中Al3+占据O2-形成的(填“四面体空隙”或“八面体空隙”)。N A为阿伏加德罗常数的值,钴蓝晶体的密度为g·cm-3(列计算式)。

6. (12分)(2019·福建宁德5月)Ⅰ. 尿素[CO(NH2)2]是人工合成的第一种有机物。

(1)尿素中所含元素的电负性最大的是,尿素分子间的氢键可表示为。

(2)尿素可用于制有机铁肥,主要代表有[Fe(H2NCONH2)6](NO3)3。

①与铁同周期且未成对电子数与Fe3+相同的元素是。

②[Fe(H2NCONH2)6](NO3)3中存在的化学键(填序号)。

A. 离子键

B. 金属键

C. 配位键

D. σ键

E. π键

③N中N原子杂化后的价电子排布图为,N的空间构型为。Ⅱ. Mg2NiH4是一种贮氢的金属氢化物

(3) Mg2NiH4可通过氢化镁和镍单质球磨制成。在Mg2NiH4晶胞中,Ni原子占据如图的顶点和面心,Mg2+处于如图八个小立方体的体心。

①Mg2NiH4中H的化合价为。

②Mg2+位于Ni原子形成的(填“八面体空隙”或“四面体空隙”)。

③若晶体的密度为d g·cm-3,Mg2NiH4的摩尔质量为M g·mol-1,则Mg2+和Ni原子的最短距离为nm(用含d、M的代数式表示)。

7. (14分)(2019·广东考前冲刺)根据物质结构相关知识,回答下列问题:

(1)在第3周期的元素中,第一电离能介于Mg与Cl之间的有种。

(2)碳元素与氮元素形成的某种晶体的晶胞如下图所示,其中8个C原子位于立方体的顶点,4个C原子位于立方体的面心,4个N原子在立方体内。

①已知该晶体硬度超过金刚石,其原因是。

②晶胞中C原子的杂化方式为。

③知该晶胞参数为a nm,阿伏加德罗常数用N A表示,则该晶体的密度为g·cm-3。

(3)大π键可表示为,其中m代表参与形成的大π键原子数,n表示大π键的电子数,如

的大π键可表示为,则C中的大π键可表示为。

(4)金属铬是一种极硬、耐腐蚀的银白色金属,其化合物种类繁多,如:Cr2(SO4)3、K2Cr2O7以及配离子[Cr(H2O)3(NH3)3]3+等。

①基态铬原子的价电子排布式为。

②配离子[Cr(H2O)3(NH3)3]3+的结构可能有种。

(5) AlP因杀虫效率高、廉价易得而被广泛应用。已知AlP的熔点为2 000 ℃,其晶胞结构如右图所示。

①C点的原子坐标为。

② AlP的晶胞中,Al原子位于P原子形成的正四面体空隙中,此空隙的填充率为。

8. (14分)(2019·江西南昌一模)中国海军航母建设正在有计划、有步骤向前推进,第一艘国产航母目前正在进行海试。建造航母需要大量的新型材料。航母的龙骨要耐冲击,航母的甲板要耐高温,航母的外壳要耐腐蚀。

(1)镍铬钢抗腐蚀性能强,Ni2+基态原子的核外电子排布为,铬元素在周期表中区。

(2)航母甲板涂有一层耐高温的材料聚硅氧烷结构如图所示,其中C原子杂化方式为杂化。

(3)海洋是元素的摇篮,海水中含有大量卤族元素。

①根据下表数据判断:最有可能生成较稳定的单核阳离子的卤素原子是(填元素符号)

氟氯溴碘

第一电离能(kJ/mol) 1 681 1 251 1 140 1 008

②根据价层电子对互斥理论,预测Cl的空间构型为形,写出一个Cl的等电子

体的化学符号。

(4)海底金属软泥是在洋海底覆盖着的一层红棕色沉积物,蕴藏着大量的资源,含有硅、铁、锰、锌等。如下图是从铁氧体离子晶体Fe3O4中取出的能体现其晶体结构的一个立方体,则晶体中的离子是否构成了面心立方最密堆积?(填“是”或“否”);该立方体是不是Fe3O4的晶胞?(填“是”或“否”);立方体中铁离子处于氧离子围成的(填空间结构)空隙;根据上图计算Fe3O4晶体的密度为g·cm-3(图中a=0.42nm,计算结果保留两位有效数字)。

《物质结构与性质》参考答案及解析：

1. (1) 1s22s22p63s13p33d1

(2)① sp32② F>O>N>C17 mol正四面体

(3) YPO 4S、Cl、Br、I、Si(写出两种离子的化学式)

解析(1)磷为15号元素,基态P原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p3;磷在成键时,能将一个3s电子激发进入3d能级而参加成键,该激发态原子的核外电子排布式为

1s22s22p63s13p33d1;(2)①黑磷中每个P原子与另外三个P原子形成共价键且有一对孤电子对,P原子的杂化方式为sp3;每一层内P形成六元环彼此相接,平均每个空间六元环中含有的

磷原子是6×=2个;②元素原子的得电子能力越强,则电负性越大,原子得电子能力大小

为:F>O>N>C,则电负性大小为:F>O>N>C;4-甲氧基重氮苯四氟硼酸盐阳离子中含有一个氮氮三键、一个氮碳键、苯环上有四个碳氢键、苯环上六个碳碳键、两个碳氧键、三个碳氢键,

故1 mol该盐阳离子含有的σ键的数目为17N A;该盐阴离子B,B上的孤电子对数为=0,价层电子对数为0+4=4,B为sp3杂化,故B的空间构型为正四面体;(3)根据均摊法求算,该磷钇矿一个晶胞含有8×+4×+1=4个Y,6×+4×=4个P,故该磷钇矿的化学式为YPO4,等电子体是指价电子总数和原子总数(氢等轻原子不计在内)相同的分子、离子或原子团,与P互为等电子体的阴离子有S、Cl、Br、I、Si;已知晶胞参数a=0.69 nm,c=0.60 nm,阿伏加德罗常数为N A,则该磷钇矿的密度为

ρ===g·cm-3。

2. (1) 1s22s22p63s23p63d74s2或[Ar]3d74s2M3哑铃

(2) sp2Co、O、N16

(3)(P n O3n+1)(n+2)

(4) 8×

解析(1) Co为27号元素,Co原子核外有27个电子,根据核外电子排布规律可得其基态Co 原子核外电子排布式;基态磷原子核外有三层电子,故最高能层符号为M,电子云在空间有3

个伸展方向,原子轨道为哑铃型;(2) N中价层电子对数为=3,故为sp2杂化;一般情

况下非金属性越强第一电离能越大,但由于N原子中最外层为半充满状态,比较稳定,故第一电离能大于O,所以第一电离能由小到大的顺序为Co、O、N;一个N中有3个σ键,配位

键也为σ键,故σ键数目为3×4+4=16,则1mol该配离子中含σ键数目为16N A;(3)可以根据磷酸根、焦磷酸根、三磷酸根的化学式推导:P、P2、P3磷原子的变化规律

为:1,2,3,4,n氧原子的变化规律为:4,7,10,3n+1酸根所带电荷数的变化规律

为:3,4,5,n+2;(4)晶胞中Na+数目为8,O2-数目为8×+6×=4,Na+、O2-数目之比为2∶1,故该晶体化学式为Na2O,由图可知,每个Na+周围有4个O2-,Na+配位数为4,距一个阴离子周

围最近的所有阳离子有8个,则O的配位数为8;晶胞质量为g,该晶胞的密度为ρ g·cm-3,而晶胞体积为g÷ρ g·cm-3=cm3,晶胞棱长为cm,则Na与O之间的最短距离为立方体对角线的=×cm。

3. (1)哑铃形或纺锤形[Ar]3d10

(2) sp3杂化(CH3)3N为极性分子,另溶于极性溶剂水中

(3)P的电负性小于N,P原子半径大于N,磷原子上的孤对电子对三个共价键的排斥作用力大于氨气,因而PH3分子的键角小于NH3分子

(4)① 4②

③或

解析(1)由基态Cu的电子排布式书写Cu+的电子排布式;(2)根据所形成的σ键数和孤电子对数判断杂化类型;根据影响物质溶解性的因素分析;(3)根据P和N的电负性不同分析键角差异;由生成的盐的种类判断H3PO3为二元酸,结合P原子的最外层电子数分析;(4)根

据结构确定配位数,根据密度ρ=,求解晶胞的相关数据。

4. (1)

(2)亚铜离子核外电子处于稳定的全充满(3d10)状态

(3)面心立方最密堆积12

(4) sp3N>O>C正四面体P或Cl等

(5) Ca2+半径比Ba2+小,CaO的晶格能比BaO的晶格能大

(6)

解析(1)Cu位于周期表中第4周期ⅠB族,价电子排布式为3d104s1。基态Cu原子的价电

子排布图为:。(2)高温下Cu2O比CuO稳定,从核外电子排布角度,亚铜离子核外电子处于稳定的全充满状态3d10。(3)根据堆积方式分析,金属Cu的堆积方式为密置层ABCABC……堆积,Cu原子位于顶点和面心上,所以该堆积方式为面心立方

最密堆积,配位数=3×8÷2=12。(4)NH3中N原子价层电子对个数=3+=4,根据价层电子对互斥理论判断N原子杂化类型为sp3;同一周期元素第一电离能随着原子序数增大而增大,但是ⅡA族、ⅤA族元素第一电离能大于其相邻元素,所以第一电离能N>O>C;S中S原子价层电子对个数=4+=4且不含孤电子对,根据价层电子对互斥理论判断该微粒空间构型为正四面体结构,与该阴离子互为等电子体的五核微粒中含有5个原子且价电子数是32,符合条件的微粒有P或Cl等。(5)离子电荷相同,Ca2+半径比Ba2+小,CaO的晶格能比BaO大,故CaO的熔点比BaO高。(6)该晶胞中Au原子个数=8×=1、Cu原子个数=6×=3,H

原子填充在由1个Au原子和距Au原子最近的3个Cu原子构成的四面体空隙中,形成的结构为三角锥形,该晶胞中有8个这种三角锥,所以该晶胞中含有8个H原子,若Cu原子与Au

原子的最短距离为a nm,为面对角线长度的一半,则棱长=nm=a nm=a×10-7cm,

晶胞体积=(a×10-7 cm)3,该晶体储氢后密度==g/cm3。

5. (1) 3d74s2

(2) Co3+可与氨气分子形成较稳定的配合物

(3) sp2Co

(4) ACDF

(5) CoAl2O4八面体空隙

解析(1)基态钴原子价电子为其3d能级上的7个电子、4s能级上的2个电子,其价电子排布式为3d74s2;(2)含有空轨道的原子和含有孤电子对的原子之间易形成配位键,Co3+可与

氨气分子形成较稳定的配合物而稳定存在;(3)[Co(N)4]2-中Co2+的配位数为8,配体中N 价层电子对个数=3+=3且不含孤电子对,根据价层电子对互斥理论判断N原子杂化类

型为sp2,该配离子中金属元素的第一电离能最小,同一周期元素第一电离能:ⅤA族元素大于ⅥA族元素,N和O元素位于同一周期且N位于ⅤA族、O位于ⅥA族,所以第一电离能N>O,所以这三种元素第一电离能Co

=×4=8、Al原子个数=4×4=16、O原子个数=8×4=32,Co、Al、O原子个数之比=8∶16∶32=1∶2∶4,化学式为CoAl2O4;晶体中Al3+占据O2-形成的“八面体空隙”,

如图所示;该晶胞体积=(2a×10-7cm)3,钴蓝晶体的密度==g/cm3。

6. (1) O N—H…O

(2)① Mn② ACDE③平面三角形

(3)① -1②四面体空隙③××107

解析(1)元素的非金属性越强,其电负性越大,非金属性O>N>C>H,则电负性最大的是O 元素;尿素分子间N—H中H原子和O原子之间存在氢键,氢键表为N—H…O,(2)①Fe3+未成对电子数是5,与铁同周期且未成对电子数与Fe3+相同的元素是Mn,②[Fe(H2NCONH2)6](NO3)3中阴阳离子之间存在离子键、N—H、C—O、N—C存在σ键,C—O之间还存在一个π键,铁离子和N原子之间存在配位键,所以存在离子键、配位键、

σ键、π键;③N中N原子价层电子对个数=3+=3且不含孤电子对,则N原子采用sp2

杂化,杂化轨道有1个2s、2个2p轨道杂化得到,杂化后价电子排布图为;根据价层电子对互斥理论判断N的空间构型为平面三角形。(3)①Mg 2NiH4中H元素电负性最大,所以H的化合价为-1;②Mg2+位于Ni原子形成的四面体空隙;③该晶胞中Ni原子个数=8×+6×=4、Mg2+个数为8,根据化学式知,H原子个数为16,该晶胞棱长=,Mg2+和Ni 原子的最短距离为晶胞体对角线的=××=××107 nm。

7. (1) 3

(2)①该晶体为原子晶体,由于氮原子半径比碳原子半径小,C—N键长比C—C键长短,C —N的键能更大,故其硬度更高② sp3③×1021

(3)

(4)① 3d54s1② 2

(5)①② 50%

解析(1)在第3周期的元素中,第一电离能介于Mg与Cl之间的有Si、P、S;(2)①该晶体为原子晶体,晶体中N原子半径小于C原子,半径越小共价键键能越大,则硬度越大;②一个碳原子周围最近且距离相等的N原子有4个,则晶胞中C原子的杂化方式为sp3;③晶胞

中:C=8×+4×=3,N=4,ρ===×1021;(3)中心C原子孤电子对=(4+2-2×3)=0,

为sp2杂化,则C、O原子各提供1个π键的电子数,离子带2单位负电荷,共6个π键的电子数;(4)①基态铬原子的价电子为最外层及3d能级的电子;②配离子[Cr(H2O)3(NH3)3]3+的结构为八面双锥形,3个水在同一个三角形中和不在同一三角形中2种,

;

(5)①C点的原子与上平面面心的小球相连,且与顶点组成等边三角形,故在x、y平面的投影为,同理可得在z轴的投影为;②一个晶胞中可以切割成8个小立方体,共填充4个立

方体,空隙的填充率为50%。

8. (1) 1s22s22p63s23p63d8 d

(2) sp3

(3)①Ⅰ②三角锥S

(4)是是正八面体 5.2

解析(1) Ni2+基态原子的核外电子排布为1s22s22p63s23p63d8,铬元素在周期表中d区。(2)聚硅氧烷中C形成4个单键,所以C的杂化方式为sp3;(3)①根据第一电离能分析,第一电离能越小,越容易生成较稳定的单核阳离子,所以有可能生成较稳定的单核阳离子的卤素原子

是:I;②根据VSEPR理论判断Cl的空间构型,价电子对数为

VP=BP+LP=3+(7-2×3+1)/2=4,VSEPR模型为四面体形,由于一对孤电子对占据四面体的一个顶点,所以其空间构型为三角锥形,等电子体是指原子总数相同,价电子总数也相同的微粒,

则与Cl互为等电子体的是S;(4)晶胞中,O2-的坐标为

(1/2,0,0),(0,1/2,0),(0,0,1/2),(1/2,1/2,1/2),将(1/2,1/2,1/2)+(1/2,1/2,0)=(0,0,1/2),将(1/2,1/2,1/2)+(0,1/2,1/2)=(1/2,0,0),将(1/2,1/2,1/2)+(1/2,0,1/2)=(0,1/2,0),刚好与前

三个坐标相同,所以O2-做面心立方最密堆积,根据晶胞粒子的排布,该立方体是Fe3O4的晶胞,立方体中Fe3+处于O2-围成的正八面体空隙,以立方体计算,1个立方体中含有Fe3+的个数为4×1/8+1/2×3=2个,含有Fe2+的个数为1个,含有O2-的个数为12×1/4+1=4个,不妨取1mol这样的立方体,即有N A个这样的立方体,1 mol立方体的质量为m=(56×3+16×4)g,1个立方体体积为V=a3nm3=a3(a×

10-7)3cm3,则晶体密度为ρ=m/N A V=(56×3+16×4)/(6.02×1023)×(0.42×10-7)3g·cm-3=5.2 g·cm-3。